算生成三步相移條紋投影圖和二十步相移投影圖，其中， 二十步相移投影圖最終計算得到的相位作為真實相位進行相關的相位誤差分析。
[0064] 之后，在相位測量輪廓術測量系統的投影-成像范圍內放置一塊白板，作為gamma 非線性校正的標靶。投影裝置分別投影三步相移條紋投影圖和二十步相移投影圖，成像裝 置分別采集這兩組變形條紋圖。
[0065] 之后，按照式(3)分別計算三步相移的相位分布和二十步相移的相位分布，將兩組 相位分布圖進行相減運算，得到三步相移法的相位誤差分布，該相位誤差分布呈周期性分 布，分布的頻率是采集條紋圖相位分布頻率的三倍。運用數值分析擬合出該相位分布的振 幅 Αδφ 〇
[0066]
和式(9)，即可計算88_8值γ。由于所有計算過程 都是逐像素進行的，每個位置解得的gamma值都略有差異，為穩定性起見，取所有gamma值的 平均值.卩作為相位測量輪廓術測量系統的gamma系數。
[0067]在確定gamma系數之后，任何步數的相移法都可以按照式（11)計算生成相移條紋 投影圖，通過這些相移條紋投影圖的投影-成像獲得的變形條紋圖，能夠有效抑制由于投 影-成像裝置導致的gamma效應，最終獲得正確的受物體深度信息調制的相位分布，進一步 重建出高精度的物體表面三維形貌。
[0068]如圖2a是實驗中三步相移的相位分布和二十步相移的相位分布，均取圖像中間一 行進行顯示，實線為三步相移的相位分布，虛線為二十步相移的相位分布;如圖2b是相應的 相位誤差分布。圖2a和圖2b可清晰的看出三步相移法的相位誤差分布的情況，與本發明推 到的相位誤差分布的模型相符。
[0069]如圖3a是實驗中石膏模型在gamma非線性校正前基于三步相移法的相位測量輪廓 術獲得的三維數字圖像，如圖3b是實驗中石膏模型在gamma非線性校正后基于三步相移法 的相位測量輪廓術獲得的三維數字圖像。可見，經過本發明的gamma非線性校正后，得到的 三維數字圖像的成像精度顯著提高。
[0070] 圖4是本發明提供的相位測量輪廓術的gamma非線性校正系統的原理框圖，為了便 于說明，僅示出了與本發明相關的部分。
[0071] 本發明的相位測量輪廓術的ga_a非線性校正系統包括:解相位模塊11，用于獲取 相位測量輪廓術測量系統的成像裝置輸出的條紋圖，并基于最小二乘相移解相位法，對獲 取的條紋圖求解相位，詳細過程如對步驟S1的詳細說明，不贅述;相位誤差分析模塊12,用 于將解相位模塊11求解得到的相位與真實相位進行比較，得到相位誤差分布，分析并擬合 出該相位誤差分布的振幅，詳細過程如對步驟S2的詳細說明，不贅述;校正模塊13,用于利 用相位誤差分析模塊12得到的相位誤差分布的振幅，計算相位測量輪廓術測量系統的 gamma系數，以實現gamma非線性校正，詳細過程如對步驟S3的詳細說明，不贅述。
[0072]進一步地，本發明的相位測量輪廓術的gamma非線性校正系統還可包括:投影圖生 成模塊14,用于生成N步相移條紋投影圖，并由相位測量輪廓術測量系統的投影裝置投射到 待測表面，經待測表面調制的條紋圖由相位測量輪廓術測量系統的成像裝置采集并輸出， 詳細過程如對步驟S4的詳細說明，不贅述。
[0073]此外，投影圖生成模塊14還可用于根據校正模塊13計算得到的gamma系數重新生 成N步相移條紋投影圖，詳細過程如對步驟S5的詳細說明，不贅述。
[0074] 圖5是本發明提供的相位測量輪廓術測量系統的原理框圖，為了便于說明，僅示出 了與本發明相關的部分。
[0075] 本發明提供的相位測量輪廓術測量系統包括投影裝置2、成像裝置3、以及如上所 述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正系統，不贅述。
[0076] 綜上所述，本發明結合經典的最小二乘相移解相位法和投影-成像裝置的gamma模 型，推導一種相位測量輪廓術測量系統的通用相位誤差分布模型，進而基于該相位誤差分 布模型提出一種高效、高精度、高魯棒性的gamma非線性校正方法和系統。該方法和系統有 利于進一步深入的理論推導和系統誤差分析，適用于任何步數的相移法和相應的測量要 求，滿足高速、高精度、高普適性的基于相位測量輪廓術的三維數字成像和測量的要求。 [0077]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以 通過程序來控制相關的硬件完成，所述的程序可以在存儲于一計算機可讀取存儲介質中， 所述的存儲介質，如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0078]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 獲取相位測量輪廓術測量系統的成像裝置輸出的條紋圖，并基于最小二乘相移解相位 法，對獲取的條紋圖求解相位； 將求解得到的相位與真實相位進行比較，得到相位誤差分布，分析并擬合出所述相位 誤差分布的振幅； 利用相位誤差分布的振幅，計算相位測量輪廓術測量系統的gamma系數，以實現gamma 非線性校正。2. 如權利要求1所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，所述獲 取的相位測量輪廓術測量系統的成像裝置輸出的條紋圖的強度表示為：其中，Ae是條紋背景強度，Be是條紋調制強度，Φ是經待測表面調制的真實相位，Bo是直 流分量，Bk是k階諧波的強度，δη=23?(η-1)/Ν是第η步的相移量，N是條紋投影圖的相移步數， Φ η=Φ+δη是調制的相移相位，γ是相位測量輪廓術測量系統的ga_a系數。3. 如權利要求1所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，所述基 于最小二乘相移解相位法，對獲取的條紋圖求解相位的步驟表示為：其中，φε是實際求解得到的相位分布值，以是1^階諧波的強度，δη=23?(η-1)/Ν是第η步 的相移量，Ν是條紋投影圖的相移步數，φη= Φ+δη是調制的相移相位，φ是經待測表面調制 的真實相位。4. 如權利要求1所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，所述相 位誤差分布表不為：γ: _ ? _L 1 其中，6m ，. γ是相位測量輪廓術測量系統的gamma系數，Φ是經待測表面調 制的真實相位，Ν是條紋投影圖的相移步數。5. 如權利要求1所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，所述相 位誤差分布的振幅表不為： AA<t> = arcsin( | Gn-11 ) 其中，，γ是相位測量輪廓術測量系統的gamma系數，N是條紋投影圖的相 移步數。6. 如權利要求1所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，在所述 獲取相位測量輪廓術測量系統的成像裝置輸出的條紋圖的步驟之前，還包括以下步驟： 計算機生成N步相移條紋投影圖，并由相位測量輪廓術測量系統的投影裝置投射到待 測表面，經待測表面調制的條紋圖由相位測量輪廓術測量系統的成像裝置采集并輸出； 所述計算機生成N步相移條紋投影圖的步驟表示為：其中，/Γ是條紋投影圖的歸一化強度值，Ap是用戶設計的條紋背景強度，Bp是用戶設計 的條紋調制強度，一般地，設置Ap = Bp = 0.5，f是條紋投影圖的條紋分布頻率，X是像素坐標， δη=23?(η-1)/Ν是第η步的相移量，N是條紋投影圖的相移步數。7. 如權利要求1所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法，其特征在于，在所述 利用相位誤差分布的振幅，計算相位測量輪廓術測量系統的ga_a*數的步驟之后，所述方 法還包括以下步驟： 根據gamma系數重新生成N步相移條紋投影圖，由相位測量輪廓術測量系統的投影裝置 重新投射，實現gamma非線性校正； 所述根據gamma系數重新生成N步相移條紋投影圖的步驟表示為：其中，C是重新生成的條紋投影圖的歸一化強度值。8. -種相位測量輪廓術的ga_a#線性校正系統，其特征在于，所述系統包括： 解相位模塊，用于獲取相位測量輪廓術測量系統的成像裝置輸出的條紋圖，并基于最 小二乘相移解相位法，對獲取的條紋圖求解相位； 相位誤差分析模塊，用于將所述解相位模塊求解得到的相位與真實相位進行比較，得 到相位誤差分布，分析并擬合出該相位誤差分布的振幅； 校正模塊，用于利用所述相位誤差分析模塊得到的相位誤差分布的振幅，計算相位測 量輪廓術測量系統的gamma系數，以實現gamma非線性校正。9. 如權利要求8所述的相位測量輪廓術的gamma非線性校正系統，其特征在于，所述系 統還包括： 投影圖生成模塊，用于生成N步相移條紋投影圖，并由相位測量輪廓術測量系統的投影 裝置投射到待測表面，經待測表面調制的條紋圖由相位測量輪廓術測量系統的成像裝置采 集并輸出； 所述投影圖生成模塊還用于根據所述校正模塊計算得到的gamma系數重新生成N步相 移條紋投影圖。10. -種相位測量輪廓術測量系統，其特征在于，所述系統包括投影裝置、成像裝置，還 包括如權利要求8所述的相位測量輪廓術的ga_a非線性校正系統。
【專利摘要】本發明屬于光學三維數字成像技術領域，提供了一種相位測量輪廓術的gamma非線性校正方法、系統。本發明結合經典的最小二乘相移解相位法和投影-成像裝置的gamma模型，推導一種相位測量輪廓術測量系統的通用相位誤差分布模型，進而基于該相位誤差分布模型提出一種高效、高精度、高魯棒性的gamma非線性校正方法和系統。該方法和系統有利于進一步深入的理論推導和系統誤差分析，適用于任何步數的相移法和相應的測量要求，滿足高速、高精度、高普適性的基于相位測量輪廓術的三維數字成像和測量的要求。
【IPC分類】G01B11/25
【公開號】CN105606038
【申請號】CN201510572218
【發明人】彭翔, 蔡澤偉, 劉曉利, 何文奇, 徐晨
【申請人】深圳大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年9月9日